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2. Stadtklima - Wind in der StadtArbeitsblatt 3: Experimente zum Wind in Städten |
1. Wind in der StadtIn der Stadt kommt es durch die stärkere Erwärmung der Luft besonders an Sommertagen zur Ausbildung einer Zone niedrigen Luftdrucks (Hitzetief) im Stadtzentrum. Das Umland hingegen erwärmt sich langsamer, die Luft steigt nicht so schnell vom Boden auf, dort entsteht ein 'Kältehoch'. Am Erdboden beginnt die Luft vom Freiland in Richtung Stadtmitte zu strömen. Der Wind folgt dabei den Hauptverkehrsstraßen und nimmt in der Stadt um bis zu 50% ab. Innerhalb der Stadt kann der Wind an Straßenecken, Plätzen und Häuserecken wieder um 20% zunehmen. Dieser wird dort böig und verwirbelt (vgl. Gewittersturm über Berlin im August 2002). In der Stadtmitte erwärmt sich die Luft besonders stark, steigt an den Häuserfronten auf, erreicht höhere Atmosphärenschichten und strömt dann in Richtung Freiland. Dort angekommen, sinkt die Luft ab und kühlt weiter aus. Der Kreislauf setzt sich fort. Vergleichen lässt sich der Land-Stadtwind mit dem tropischen Luftkreislauf in den Hadley-Zellen oder der Land-Seewindzirkulation. Frage deinen Erdkundelehrer!
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2. ExperimentWie der Wind in einer Häuserschlucht verwirbelt, kannst du im Versuch selber ausprobieren. 2.1 Sicherheitshinweis- Führe die Versuche nur im Physik- oder Chemiesaal oder draußen in einer Sandschale durch! Was du für die Experimente brauchst:
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1. Materialien für das Experiment (Foto: Gert Bauer) |
Material:1. Platte als Unterlage 2.2 Versuchsaufbau
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2. Versuchsaufbau (Foto: Gert Bauer) |
2.3 Versuchsdurchführung:1. Als Unterlage dient eine Kunststoffplatte oder Pappe (1m*60cm). |
Experiment 1Zum einen soll getestet werden, wie der Wind an einem Hochhaus zirkuliert. Jetzt kann der Winkel des Luftstroms zum Gebäude um bis zu 45 ° geändert werden. |
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Achtung:
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5. Luftstrom an einem Gebäude (Foto: Gert Bauer)
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Klicke auf den Link unter dem Symbol "movie", um einen Film des Experiments zu sehen! (Erstellt von G. Bauer and B. Wohlhöfer) |
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Experiment 2Zum anderen soll getestet werden, wie der Wind über die hintere Häuserreihe (Hochhäuser) streicht und im Windschatten verwirbelt. Dabei muss der Wind parallel zur Häuserreihe wehen. In diesem Fall muss sich die Rauchquelle vor der Längsseite des ersten Gebäudes befinden. Die Öffnung der Windmaschine wird auf der Höhe des Dachfirsts in etwa 30 – 50 cm Entfernung positioniert, sodass der Wind über die Hausdächer streicht. Nun weht der Wind über die Hausdächer und verwirbelt im Windschatten oder umweht die Häuserreihe.
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8. Vereinfachter Luftstrom an einer Häuserreihe (Foto: Gert Bauer) |
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Klicke auf den Link unter dem Symbol "movie", um einen Film des Experiments zu sehen! (Erstellt von G. Bauer and B. Wohlhöfer) |
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Experiment 3Wichtig für dieses Experiment ist, dass die Häuserreihe im Hintergrund etwa dreimal größer ist, als die im Vordergrund und dass etwa in der Mitte der Versuchsanordnung eine Art Platz geschaffen wird. Es geht uns insbesondere darum, zu zeigen, wie der Wind in der Stadt an Häuser- und Straßenecken sowie Plätzen weht und dass er dort um bis zu 20 % zunimmt. Wenn du mit dem Versuch schneller fertig bist, kannst du dir unseren Film dazu anschauen! |
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10. Luftstrom in einer Häuserschlucht (Foto: Gert Bauer) |
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Klicke auf den Link unter dem Symbol "movie", um einen Film des Experiments zu sehen! (Erstellt von G. Bauer and B. Wohlhöfer) |
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Spreche mit deinem Physik- und Chemielehrer über die Versuche! |
3. Bedeutung von Wind in Städten3.1 Testphasen im WindkanalBevor neue Viertel einer Stadt gebaut werden, wird zunächst im Windkanal getestet, wie sich der Luftstrom verhalten wird und ob an den Häuserecken starke Windboen entstehen, die vermieden werden sollten. Das Foto zeigt ein Windkanal-Modell des Potsdamer Platzes in Berlin.
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12. Foto: E. Uherek in der Klimaaustellung des Deutschen Museums / München
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Die wichtigsten Parameter, die den Effekt des Windes in Städten beeinflussen, sind das Windprofil und die Struktur der Oberfläche. Innerhalb eines Windkanals können diese Parameter simuliert werden. Mit der Hilfe dieser Simulation können somit ganze Stadtgebiete oder einzelne Gebäude detailliert getestet werden. Das Ergebnis eines Windkanal-Test kann folgendermaßen aussehen:
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13. Bebauungsplan eines neues Viertels, das die Bereiche erhöhter Windgeschwindigkeit in den Farben rot, gelb und lila zeigt. Autor: Mr. Müller, Stuttgart, Quelle:
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Weitere Links: www.ruscheweyh.de/bauwesen.php 3.2. Windlast auf einem Gebäude:Die Windlast auf einem Gebäude schwankt zeitlich und räumlich. Sie wirkt direkt auf die äußere Oberfläche geschlossener Gebäude und indirekt durch Tür- und Festeröffnungen auf die inneren Wände, abhängig von der vorherrschenden Windrichtung und Windgeschwindigkeit. Die folgende Animation von der Gesellschaft für Aerophysik zeigt den Wechsel der Windlast:
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14. Windlast auf einem Gebäude, Autor: Gesellschaft für Aerophysik mbH, Munich, Quelle der Animation: www.gfa.de/de/Windlasten/windlast.html |
Anforderungen an ein Modell:Sollen die Wirkungen des Windes untersucht werden, so sind die wichtigsten Parameter wie Windprofil und Struktur der Oberfläche ähnlich nachzubilden.
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About this page:- Author: G. Bauer, B. Wohlhöfer- University of Nürnberg - Germany
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